Содержание к диссертации
Введение
1. Картина мира субъекта деятельности 11
1.1. Психологические предпосылки к созданию модели картины мира 11
1.1.1. Культурно—исторический подход Выготского 11
1.1.2. Теория деятельности Леонтьева 13
1.1.3. Модель психики Артемьевой 15
1.1.4. Зарубежные исследования КМ 17
1.1.5. Выводы параграфа 1.1 18
1.2. Нейрофизиологические исследования 19
1.2.1. Состояние исследований на данный момент 20
1.2.2. Теория глобального рабочего пространства 23
1.2.3. Иерархическая временная память 26
1.2.4. Выводы параграфа 1.2 31
1.3. Прикладная семиотика 31
1.4. Выводы 36
2. Модель картины мира. Синтаксический уровень 37
2.1. Знак—базовый элемент картины мира 37
2.2. Процесс формирование нового знака 39
2.2.1. Компоненты знака и процедуры связывания 41
2.2.2. Формирование функционального значения и образа восприятия
2.2.3. Именование 46
2.3. Процедуры самоорганизации 48
2.3.1. Отношения и операции на множестве образов 49
2.3.2. Отношения и операции на множестве личностных смыслов 52
2.3.3. Отношения и операции на множестве значений 53
3. Модель картины мира. Семантический уровень 57
3.1. Образная компонента знака 58
3.1.1. Основные принципы работы образной компоненты 58
3.1.2. Распознающий автомат 60
3.1.3. Алгоритм A работы распознающего автомата 63
3.2. Исследование алгоритма A работы образной компоненты 68
3.2.1. Статическая задача классификации 69
3.2.2. Динамические постановки задачи классификации 76
3.2.3. Выводы параграфа 3.2 82
3.3. Алгоритм формирования пары «образ — значение» нового знака 83
3.3.1. Общая схема образования знака 83
3.3.2. Процедурные и объектные признаки 84
3.3.3. Определение компонент знака 86
3.3.4. Семантический уровень обобщения 88
3.3.5. Свойства на множестве признаков 90
3.3.6. Опыт наблюдения и алгоритм A 92
3.3.7. Корректность алгоритма A 93
Заключение 97
Список литературы 98
- Теория деятельности Леонтьева
- Состояние исследований на данный момент
- Компоненты знака и процедуры связывания
- Динамические постановки задачи классификации
Теория деятельности Леонтьева
Артемьева изучала вопрос соотношения субъективного опыта и представления о мире или, в её терминологии, образа мира, который несёт всю предысторию психической жизни субъекта. Чтобы объяснить процесс формирования представления о мире, Артемьева предположила существование некоторой структуры, являющейся регулятором и строительным материалом образа мира. Такая структура была разделена ею на три слоя. Первый слой, перцептивный мир, характеризуется существованием модальностей, соответствующих различным каналам восприятия внешнего мира. Второй слой, картина мира в узком смысле слова, представляет собой агрегацию различных семантик или систем амодальных значений. Третий слой, образ мира в узком смысле, содержит амодальные аффективные гипотезы, направляющие мыслительный процесс субъекта.
Глубокое исследование картины мира субъекта Артемьевой несмотря на разделение модели на три слоя и выделение более узкого определения картины мира, свидетельствует о продолжающемся углублении исследований различных компонент знака по Леонтьеву: образа (перцептивный мир), значения (семантический слой) и личностного смысла (аффективный слой), не меняя принципиально структуру модели. 1.1.4. Зарубежные исследования КМ
Одним из направлений зарубежных исследований в области построения психологических моделей картины мира является направление «world view». Основные вопросы, на которые нацелены указанные исследования можно сформулировать следующим образом: Что такое мир, как он устроен и как он функционирует? Почему человек чувствует то, что чувствует и как возникает у него определённое отношение к реальности? Как человек действует в мире и как выбирает одну цель из множества возможных? Как формируется субъективный образ мира?
Группа исследователей [23] в 1994 г. опубликовала программу проекта междисциплинарных работ, целью которого является создание модели «world view», интегрирующей биологические, когнитивные, психологические, языковые, социологические, философские аспекты отношения к реальности. В качестве компонентов структуры «world view» выступают: онтология (модель существующего), объяснение (модель прошлого), предсказание (модель будущего), аксиология (теория ценностей), праксиология (теория деятельности) [23]. В [24] в «world view» были выделены объективная («концепция мира»), субъективная («жизненный мир») и интерсубъективная («взгляды») составляющие.
В психологическом плане «world view» может быть сопоставлен с концепциями «философии жизни» К. Юнга, «мировоззрения» А. Маслоу, «гипотезы мира» С. Пеппера (S.C. Pepper), «возможных миров» Дж. Франка (J.D. Frank), «взгляда на реальность» С. Мессера (S.B. Messer), «системы конструктов Я-и-Мир» Дж. Коттлера (J.A. Kottler) и Р. Хецлера (R. J. Hazler), «ценностных ориентаций», «неосознаваемых систем смыслов», «неосознаваемых оснований выбора», «ядерной культуры» Ф. Клюхона (F. R. Kluckhohn) [25].
На протяжении достаточно длительного периода психологических исследований картины мира субъекта деятельности были сформулированы следующие основные принципы её строения и функционирования: существование двух уровней протекания психических процессов (внешний и внутренний план) и двух обратных процессов перехода процесса с одного уровня на другой: интериоризация (автоматизация) и экстериоризация («разворачивание» в случае ошибок или затруднений); ступенчатый характер преобразования картины мира: медленные процессы накопления опыта сменяются быстрыми процессами реструктуризации; иерархичность процессов протекающих как внутри картины мира, так снаружи благодаря проявляющимся результатам её функционирования (схема деятельности субъекта); элементарной единицей картины мира является знак, опосредующий некоторое явление в окружающем мире, и состоящий из трёх компонент: образа, значения и личностного смысла.
Состояние исследований на данный момент
В большом количестве работ нейрофизиологов, посвящённых построению нейронных моделей тех или иных психических процессов, выделяются следующие основные свойства «физиологической реализации» КМ: существуют ансамбли нейронов одинаковой структуры, являющиеся элементарными ячейками для описания процессов, протекающих в коре головного мозга (колонки неокортекса), колонки организованы в иерархию, обладающую обратными связями, колонки хранят в себе пространственно—временные шаблоны, нарабатываемые с течением времени.
Среди многих исследований, заложивших основы построения моделей картин мира, следует отметить отечественное направление в искусственном интеллекте появившееся в конце 90 гг. XX в. благодаря работам Д.А. Поспелова, А.М. Мейстеля, Г.С. Осипова и др. [51–57]. Данное направление получило название прикладная семиотика и уходило корнями в первые семиотические модели конца 60 гг. [58]. Основная идея этого направления заключалась в использовании знакового описания когнитивных процессов, картины мира, для построения интеллектуальных систем представления знаний. Знак при этом определялся как исходный элемент любой семиотической системы и включал в себя три аспекта: имя знака или синтаксический аспект знака,
Данное определение хорошо реализуется в виде фреймовой структуры, в которой имя фрейма соответствует имени знака, имена обычных слотов, связанные с ними ограничения, условия, области определения значений — содержанию знака, а слоты, содержащие в качестве значений имена присоединённых процедур - назначению знака [54].
Одной из основных задач, формулируемых в прикладной семиотике была задача изучения природы и свойств отношений моделирования, которые возникают между системой знаков и той областью реального мира, которая с помощью неё описывается. Объектами изучения прикладной семиотики являются не знаки и знаковые системы сами по себе, а их применение в системах представления знаний при решении различных практических задач.
Введение понятия семиотической системы, в которой состояния соответствуют фиксированным формальным системам, а смена состояний определяется изменением договорённостей об аспектах знака, позволяет моделировать процессы, протекающие в открытых, динамических системах. При этом под сменой состояния подразумевается изменение параметров формальной системы: аксиом, правил вывода, стратегий поиска решений и т.д. Всё вышесказанное формализуется следующим определением [56].
Семиотической системой W называется упорядоченная восьмёрка множеств: где Т —множество основных символов, R—множество синтаксических правил, А-множество знаний о предметной области, Р-множество правил вывода решений (прагматических правил), т —правила изменения множества Т, р — правила изменения множества R, а —правила изменения множества А, тг — правила изменения множества Р.
Именно в семиотике, в том числе прикладной, были сформулированы первые схемы образования нового знака. Приведём такую схему в случае моделирования знака с помощью треугольника Фреге (Рисунок 1.6) [59,60]. В реальном мире имеются такие сущность как объекты, процессы, все они называются денотатами. В результате отражения этих сущностей в сознании субъекта возникает представление о денотатах. При этом представление — это интегрированный образ (в психологии — гештальт), скрывает за собой денотат, делая его недоступным непосредственно.
Сталкиваясь с различными денотатами, человек накапливает определённую информацию о них. Некоторые из них он не различает, считая их проявлением одной и той же сущности, другие чем-то отличаются друг от друга. Для реализации такого различения и вводятся специфические имена, связанные с представлениями о том или ином виде сущности. На основе врождённой у человека процедуры выявления сходства—различия формируется и понятие о сущностях с данным именем.
Таким образом, наблюдение за единичным экземпляром сущности вызывает необходимость сформировать процедуру её узнавания, дать ей имя, а затем сформировать обобщённое представление об этой сущности (понятие). Со связями между именем, представлением и понятием ассоциированы процедуры, характерные для мышления человека.
Связь «имя — понятие» позволяет с одной стороны активизировать в памяти все сведения о свойствах данной сущности, а с другой, действуя в обратном направлении, позволяет по имплицитному описанию определить имя сущности. Связь «представление — понятие» позволяет по представлению сущности найти информацию о её свойствах и наоборот. Наконец, связь «имя — представление» необходима для соотнесения представления о денатате с его именем, примером работы которой могут служить алгоритмы распознавания образов.
Компоненты знака и процедуры связывания
Будем рассматривать процедуру получения из внешней среды пары (п,т) как функцию Ш(п), выдающую по имени п значение т. Тогда (Ф) (9Л(п)) есть функция, присваивающая имя п перцепту р . Обозначим ее через ф(п). Иначе говоря, ф(п) есть функция именования перцепта. С получением имени п перцепт р превращается в образ р. На следующем шаге выполняется именование биологических смыслов и тем самым-трансформация их в личностные смыслы.
Множество личностных смыслов, как было замечено выше, формируется на основе опыта действий субъекта деятельности с предметом, соответствующим рассматриваемому знаку, и оценки успешности этих действий с помощью механизмов самосознания. Для определённости будем полагать, что этот опыт зафиксирован в отображении а = 4 ат{т), т.е. в виде пары {т,а). Тогда функция Щп) именования биологического смысла а1 будет иметь следующий вид: Щп) = Ф (ШТ(п)). Биологический смысл а1 становится личностным смыслом а (Рисунок 2.2). Завершается этот процесс монотонным продолжением функции Ч!ра на множество {а}.
Если s-знак, р, т, а-его образ, значение и личностный смысл, соответственно, то тройка {р,т,а) есть неподвижная точка оператора Ф Ф Ф Доказательство. Действительно, если n-имя знака s, то тогда значениями функций именования ф, 9JT и 21 в точке п являются соответствующие компоненты знака. В этом случае из определения процедур связывания следует, Рисунок 2.2. Процедуры связывания компонент знака и функция именования. что Ф(ф(п)) = ШТ(п), Ф (ШТ(п)) = 21(п) и Ф(21(п)) = ф(п). Рассмотрим пространство Z, в котором каждая точка Z; представлена тройкой (р ш а ). В этом пространстве действие операторов Ф , ж, у Є jj?,m,a}, является поокординатным преобразованием точки, т.е. применение, к примеру, оператора Ф к точке Zi = (pi,mi,ai) означает преобразование второй координаты таким образом, что в результирующей точке z[ = (pi m ai) т\ = Ф(рі). Тогда последовательное покоординатное применение операторов Ф , Ф , Ф к точке {р,т,а), для которой существуют указанные выше функции именования, не приведёт к изменению её координат выполняется условие утверждения 1 и действие оператора Ф Ф Ф можно записать следующим образом: р = Ф (а) = Ф (Ф (ш)) = Ф (Ф (Ф(;р))), что и означает тождественность данного оператора. Аналогичным образом выписывается тождественность остальных операторов.
Утверждение 3. Если s — знак, то Ф(Ф(П)) = 9Я(п), Ф Ф(Ф(П)) = 21(п). Доказательство. Данные тождества следуют из доказательства утверждения 1.
Рассмотрим структуры, которые могут возникать на множестве знаков как результат их самоорганизации. Моделирование самоорганизации в картине мира позволяет операционализировать представления об «активности знаний» [57], сформировавшееся в искусственном интеллекте под влиянием предложенной Л. Фестингером в 1956 г. концепции побуждающей роли знаний в поведении человека. Согласно Л. Фестингеру, знания не просто накапливаются и используются субъектом — знания живут своей жизнью, вступают в отношения, образуют то гармоничные, согласованные системы представлений, то оказываются втянуты в конфликты и противопоставляются друг другу. Последний случай, случай рассогласования в знаниях, и выступает как побуждающая поведение сила: «... взгляды и установки имеют свойство объединяться в систему, характеризующуюся согласованностью входящих в неё элементов ... существование противоречивых отношений между отдельными элементами в системе знаний, само по себе является мотивирующим фактором» [65]. 2.3.1. Отношения и операции на множестве образов
Пусть S = {si, S2,..., Sk} — множество знаков, р = (х\, Х2, . . ., Хд) и q = (г/і, 2/2, . . ., Ун) — образы знаков sp и sq соответственно (p,q Є (2,..., А;)). Пусть 7Г — множество образов знаков из S. Образы р и q из 7г суть множества значений признаков; индексы признаков указывают на их принадлежность тем или иным множествам признаков (доменам); так равенство г = j свидетельствует о принадлежности значений признаков Х{ и yj одному и тому же множеству, например Х
Динамические постановки задачи классификации
Иными словами, если jx - процедурный признак, то если столбец zru матрицы предсказания Z\ является столбцом условий, т. е. и Є Іс, этот столбец не может одновременно являться столбцом эффектов, т. е. и 1е, и существует такое t 0, что столбец zru+t является столбцом эффектов, т. е. и + t Є Іе.
Пополним семейство отношений {с, С1, С2,... } двумя отношениями: Сс и Се, принадлежность к которым пары признаков (/і, /2) свидетельствует о том, что признак /і присутствует соответственно в столбце условий и эффектов как минимум в одной матрице предсказания процедурного признака j .
Определение компонент знака При образовании нового знака s до того, как формируемая тройка компонент, называемая протознаком, получит имя, будем считать, что будущему знаку s соответствует некоторый признак / є Т, обладающий перцептом, функциональным значением и биологическим смыслом, которые после завершения процесса формирования знака становятся, соответственно, образом, значением и личностным смыслом.
Определение 9. Если jx-признак, соответствующий знаку sh то подмножество р(Л) С Т таких признаков, что V/, Є p(fi)ft С /ь будем называть перцептом признака f\ (образом знака s\).
На множестве всех перцептов Р введём величину pP(p(fi),p(f2)), вычисляемую по следующему правилу:
Утверждение 9. Величина pp является метрикой на множестве перцептов Р. Доказательство. Свойства тождества и симметрии очевидны вследствие свойств введённой нормы. Проверим неравенство треугольника. В том случае, когда признаки, распознаются разными автоматами — неравенство следует из свойств бесконечности. Во втором случае, в следствие того, что q и h являются константами, то неравенство следует из неравенства треугольника для введённой нормы.
Определение 10. Если jx-признак, соответствующий знаку sh /2-процедурный признак, j\ \ZC /2, то будем называть /2 элементом функционального значения признака jx (элементом значения знака sx). Множество всех элементов функционального значения признака jx будем обозначать m(/i).
На множестве всех функциональных значений М введём величину Pm( tn(fi), fn(f2)), вычисляемую по следующему правилу:
Утверждение 10. Величина рт является метрикой на множестве функциональных значений М. Доказательство. Очевидно вследствие того, что функция рр является метрикой, а функция минимума не меняет свойств метрики.
На основе описанной модели компонент знака становится возможным описать процедуры обобщения (см. первую часть работы) на модельном, семантическом уровне. Для этого будем считать, что матрицы предсказания распознающих автоматов были сформированы в процессе обучения (например, с использованием алгоритма HTM [35] или THSOM [78]). При рассмотрении множества матриц предсказания Z некоторого распознающего автомата возникают следующие три основных случая:
Внутреннее обобщение. Будем называть схожими, такие матрицы из подмножества Z k = {Zf,Z ..., } множества матриц предсказания Zk некоторого признака fk, для которых при Vi, j, / таких, что Z Zj Є Z k,l Є {0,..., h] выполняется card(z\ A z\) сз, где сз —некоторая константа. Обобщение в этом случае заключается в замене подмножества схожих матриц Z k одной обобщённой образом, осуществляется кластеризация множества матриц предсказания признака fk, контролируемая одним параметром близости сз.
Конкретизация. В тех случаях, когда получаемые с использованием описанной выше меры близости кластеры матриц предсказания признака fk расходятся достаточно сильно, образуются новые конкретизированные признаки для каждого кластера и соответственно расширяется множество выходных признаков F распознающего автомата.
Внешнее обобщение. В том случае когда во всех матрицах предсказания Л-автоматов, являющихся родительскими по отношению к распознающему автомату R, i-ые и j-ые компоненты всех столбцов матриц принимают одинаковые значения, выходные признаки f,fj є F , соответствующие этим компонентам, обобщаются в один признак с объединённым множеством матриц предсказания. При этом возможно и дальнейшее внутреннее обобщение.
Отдельно необходимо рассмотреть случай абстрагирования, когда несколько выходных признаков одного или нескольких распознающих автоматов в результате работы процедуры обобщения на синтаксическом уровне (см. первую часть работы) формируют новый признак / в некотором Я-автомате ІГ, лежащем на следующем уровне иерархии. В этом случае матрица предсказания будет состоять из единственного столбца с ненулевыми элементами, которые соответствуют признакам, составляющим данную категорию.
И, наконец, ещё один случай обобщения на семантическом уровне заключается в образовании ролевой структуры процедурных признаков. Рассмотрим случай, когда столбцы условий или эффектов некоторых матриц предсказания процедурного признака fp различаются только в двух компонентах, т. .е. і-ая компонента в некоторых столбцах равна 1, а в других —О, а j-ая компонента наоборот —в первых равна 0, а во вторых —1. Если соответствующие этим компонентам признаки в результате абстрагирования попали в некоторую общую категорию fcat, то к множеству матриц предсказания признака fp добавляется матрица с новой компонентой, соответствующей признаку feat и обнулёнными компонентами і и j. Данная процедура легко распространяется на случай, когда количество элементов категории fcat в матрицах предсказания признака fp больше двух. Таким образом, для процедурного признака fp появляется обобщённая, ролевая матрица предсказания.
